Et intramedullært Locking Nail for Standardiseret Fiksering af femur osteotomier at analysere Normal og Defekt Bone Healing i mus
Summary
This protocol describes an osteosynthesis technique using an intramedullary locking nail for standardized fixation of femur osteotomies, which can be used to analyze normal and defective bone healing in mice.
Abstract
Knogleheling modeller er afgørende for udviklingen af nye terapeutiske strategier til klinisk fraktur behandling. Endvidere er musemodeller bliver mere almindeligt anvendt i traumer forskning. De tilbyder en lang række mutantstammer og antistoffer til analyse af de molekylære mekanismer bag stærkt differentieret proces med knogleheling. For at styre biomekaniske miljø, standardiserede og godt karakteriserede osteosyntese teknikker er obligatoriske i mus. Her rapporterer vi på design og brug af et intramedullært søm til at stabilisere åbne femur osteotomi hos mus. Søm, lavet af medicinsk kvalitet rustfrit stål, giver høj aksial og roterende stivhed. Implantatet yderligere tillader oprettelsen af definerede, konstant osteotomi hul størrelser fra 0,00 mm til 2,00 mm. Intramedullær låsning stabilisering af femur osteotomier søm med gap størrelser på 0,00 mm og 0,25 mm resulterer i tilstrækkelig knogleheling gennem endochondral og intramembranous ossification. Stabilisering af femur osteotomier med et hul størrelse på 2,00 resultater mm i atrofisk ikke-union. Således kan det intramedullære låsning søm anvendes i helbredende og ikke-helende modeller. En yderligere fordel ved anvendelsen af neglen i sammenligning med andre åbne knogleheling modeller er muligheden for at tilstrækkeligt fastsætte knoglesubstitutter og stilladser for at studere processen med integration med knoglen. En ulempe ved anvendelsen af det intramedullære søm er mere invasive kirurgiske procedure, der kendetegner alle åbne procedurer i forhold til lukkede modeller. En yderligere ulempe kan være induktionen af nogle skader på marvhulrummet, der kendetegner alle intramedullære stabilisering teknikker sammenlignet med extramedullaere procedurer stabilisering.
Introduction
Biologi knogleheling kan studeres in vitro ved anvendelse celle- og sfæroide kulturer, men det kræver også in vivo metoder, der anvender dyreforsøg. Mens store dyreforsøg stadig spiller en vigtig rolle i prækliniske forsøg, har fase afprøvning af produkter eller hypoteser tidligt ændret i løbet af de sidste 10 år og er i dag ofte foregår i små dyremodeller 1. Denne kontakt blev udført af flere grunde. Produktion og vedligeholdelse af mus og rotter er billigere sammenlignet med grise og får. Desuden små dyr har kortere reproduktion tider og kortere normale helbredende perioder, som begge lette udførelsen af store serier af kroniske eksperimenter. Endelig tilgængeligheden af gen-målrettede dyr og specifikke antistoffer muliggør analyse af molekylære mekanismer i knogleheling. Men mens den tidligere anvendte osteosyntese teknikker i de større dyremodeller kunne oversættes med minimal variat ion fra lignende procedurer, der anvendes i human eller veterinær klinisk patientbehandling, udvikling og anvendelse af osteosyntese teknikker i de små rotter og mus viste sig at være en udfordring.
Det er velkendt, at den biomekaniske miljø betydelig indflydelse knoglehelingsprocessen 2. Som kendt fra frakturheling i mennesker, forskelle i fraktur stabilisering resultat i forskellige former for healing, herunder intramembranous ossifikation efter stive fiksering og endochondral ossifikation efter mindre stive fiksering med mikrobevægelser. Komplet aksiale eller roterende ustabilitet kan forsinke helingsprocessen eller kan resultere i ikke-fagforeninger 3. Derfor mener vi, at det er nødvendigt at udvikle avancerede implantatsystemer og osteosyntese teknikker i mus og rotter. På denne måde kan de biomekaniske forhold standardiseres korrekt, garanterer gyldige resultater ved analysen helingsprocessen.
e_content "> Skønt der er taget et betydeligt antal af meget avancerede murine stabilisering teknikker i de senere år, den mest almindeligt anvendte teknik er stadig den simple intramedullære pin. Den største ulempe ved denne teknik er imidlertid manglen på roterende og aksial stabilitet 4. for at forbedre roterende og aksial stabilitet, blev et intramedullært skrue indført for at stabilisere femurfrakturer i mus 5. imidlertid kan skruen fiksering ikke anvendes til at analysere ikke-defekte heling på grund af behovet for kontakt og kompression mellem knoglefragmenterne i for at opretholde stabilitet i omdrejningsretningen.Den intramedullære låsning søm giver højere aksial og roterende stabilitet sammenlignet med den simple pin og intramedullære skrue fire. En meget reproducerbar femur osteotomi, muligt på grund af den vejledning til Gigli så og evnen til at skabe definerede gap størrelser, giver mulighed for analyse af både normal bone healing og knogle-defekt healing 6. På grund af tilføjelsen af de indgribende stifter, det intramedullære låsning søm garanterer en konstant hul størrelse under hele helingsprocessen, selv mens deres fulde vægt. Her rapporterer vi om udformning og anvendelse af intramedullære låsning søm, samt på sine fordele og ulemper i eksperimentelle undersøgelser af normale og forsinket knogleheling.
Protocol
Representative Results
Discussion
De mest kritiske trin i den kirurgiske teknik er den korrekte placering af sømmet, det sigteanordning, og stifterne. Sømmet skal indsættes helt til den markerede led ved den distale ende af sømmet, idet et fremspring af søm i knæleddet på niveauet for condylerne kan begrænse bevægelsen af knæet (Figur 3 A). Derfor er størrelsen af lårbenet og følgelig legemsvægten af dyrene, skal overvejes. Kirurgen bør også være særlig opmærksom på den endelige position af sigteanordning…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af RISystem AG, Davos, Schweiz.
Materials
| MouseNail | RISystem AG | 221,122 |
| MouseNail aiming device | RISystem AG | 221,201 |
| MouseNail interlocking pin | RISystem AG | 221,121 |
| Centering bit | RISystem AG | 592,205 |
| Drill bit | RISystem AG | 590,200 |
| Gigli wire saw | RISystem AG | 590,100 |
| Suture (5-0 Prolene) | Ethicon | 8614H |
| Forceps | Braun Aesculap AG &CoKG | BD520R |
| Dressing forceps | Braun Aesculap AG &CoKG | BJ009R |
| Scissors | Braun Aesculap AG &CoKG | BC100R |
| Needle holder | Braun Aesculap AG &CoKG | BM024R |
| 24G needle | BD Mircolance 3 | 304100 |
| 27G needle | Braun Melsungen AG | 9186182 |
| Scalpel blade size 15 | Braun Aesculap AG &CoKG | 16600525 |
| Pincers | Knipex | 7932125 |
| Heat radiator | Sanitas | 605.25 |
| Depilatory cream | Asid bonz GmbH | NDXZ10 |
| Eye lubricant | Bayer Vital GmbH | 2182442 |
| Xylazine | Bayer Vital GmbH | 1320422 |
| Ketamine | Serumwerke Bernburg | 7005294 |
| Tramadol | Grünenthal GmbH | 2256241 |
| Disinfection solution (SoftaseptN) | Braun Melsungen AG | 8505018 |
| CD-1 mice | Charles River | 22 |
Riferimenti
- Histing, T., et al. Small animal bone healing models: standards, tips, and pitfalls results of a consensus meeting. Bone. 49 (4), 591-599 (2011).
- Claes, L., Augat, P., Suger, G., Wilke, H. J. Influence of size and stability of the osteotomy gap on the success of fracture healing. J Orthop Res. 15 (4), 577-584 (1997).
- Histing, T., et al. Characterization of the healing process in non-stabilized and stabilized femur fractures in mice. Arch Orthop Trauma Surg. 136 (2), 203-211 (2016).
- Histing, T., et al. Ex vivo analysis of rotational stiffness of different osteosynthesis techniques in mouse femur fracture. J Orthop Res. 27 (9), 1152-1156 (2009).
- Holstein, J. H., et al. Development of a stable closed femoral fracture model in mice. J Surg Res. 153 (1), 71-75 (2009).
- Garcia, P., et al. The LockingMouseNail-a new implant for standardized stable osteosynthesis in mice. J Surg Res. 169 (2), 220-226 (2011).
- Cheung, K. M., Kaluarachi, K., Andrew, G., Lu, W., Chan, D., Cheah, K. S. An externally fixed femoral fracture model for mice. J Orthop Res. 21 (4), 685-690 (2003).
- Garcia, P., et al. A new technique for internal fixation of femoral fractures in mice: impact of stability on fracture healing. J Biomech. 41 (8), 1689-1696 (2008).
- Histing, T., et al. An internal locking plate to study intramembranous bone healing in a mouse femur fracture model. J Orthop Res. 28 (3), 397-402 (2010).
- Thompson, Z., Miclau, T., Hu, D., Helms, J. A. A model for intramembranous ossification during fracture healing. J Orthop Res. 20 (5), 1091-1098 (2002).
- Hiltunen, A., Vuorio, E., Aro, H. T. A standardized experimental fracture in the mouse tibia. J Orthop Res. 11 (2), 305-312 (1993).
- Manigrasso, M. B., O’Connor, J. P. Characterization of a closed femur fracture model in mice. J Orthop Trauma. 18 (10), 687-695 (2004).
- Lovati, A. B., et al. Diabetic mouse model of orthopaedic implant-related Staphylococcus aureus infection. PLoS One. 8 (6), e67628 (2013).
- Slade Shantz, J. A., Yu, Y. Y., Andres, W., Miclau, T., Marcucio, R. Modulation of macrophage activity during fracture repair has differential effects in young adult and elderly mice. J Orthop Trauma. 28, 10-14 (2014).
- Claes, L. E., et al. Effects of mechanical factors on the fracture healing process. Clin Orthop Relat Res. 355 (Suppl), 132-147 (1998).
- Gröngröft, I., et al. Fixation compliance in a mouse osteotomy model induces two different processes of bone healing but does not lead to delayed union. J Biomech. 18 (13), 2089-2096 (2009).
- Glatt, V., Matthys, R. Adjustable stiffness, external fixator for the rat femur osteotomy and segmental bone defect models. J Vis Exp. (9), e51558 (2014).
- Manassero, M., et al. A novel murine femoral segmental critical-sized defect model stabilized by plate osteosynthesis for bone tissue engineering purposes. Tissue Eng Part C Methods. 19 (4), 271-280 (2013).
